智能電網(wǎng)的特點與發(fā)展淺述

喬弘 吳蓉

（廣東省電力設(shè)計研究院，廣東 廣州 510663）

1 引言

一方面，保證電力系統(tǒng)的安全和提高電力系統(tǒng)的性能是全世界電力企業(yè)面前的重要課題;另一方面，能源已經(jīng)成為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然瓶頸，如何提高電力投資和建設(shè)的效率，確保電網(wǎng)運行的安全可靠性，提高電網(wǎng)運營維護(hù)的水平，成為電網(wǎng)企業(yè)當(dāng)前的主要挑戰(zhàn)和目標(biāo)。為此人們提出發(fā)展智能電網(wǎng)(Smart Grid)的設(shè)想，實現(xiàn)對傳統(tǒng)電網(wǎng)基礎(chǔ)上的升級換代。

所謂智能電網(wǎng)，就是電網(wǎng)的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)[1]。

2 智能電網(wǎng)的發(fā)展

智能電網(wǎng)的概念是在2003年提出的，但智能電網(wǎng)技術(shù)最早可追溯到20世紀(jì)60年代計算機(jī)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用。近年來分布式電源得到迅猛發(fā)展，這種分布式電源并網(wǎng)帶來的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)問題，在一定程度上也跨入了智能電網(wǎng)技術(shù)的研究范圍。國外許多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)正在積極推動智能電網(wǎng)研究和建設(shè)。例如知識電網(wǎng)、現(xiàn)代電網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)智能與智能電網(wǎng)等，可是本質(zhì)內(nèi)容基本相似。盡管從區(qū)域發(fā)展上大致也可以分為美國、歐洲和中印等區(qū)劃，但為了在智能電網(wǎng)領(lǐng)域?qū)で笸黄?、加?qiáng)聯(lián)系與合作，已形成了一個全球性共識和聯(lián)盟。

2002 年，美國電科院創(chuàng)立了“Intelli Grid”聯(lián)盟，開展現(xiàn)代智能電網(wǎng)的研究，已提出了用于電網(wǎng)數(shù)據(jù)與設(shè)備集成的Intelli-Grid通信體系；2003年美國能源部“Grid2030”報告更提出了美國電網(wǎng)發(fā)展的遠(yuǎn)景設(shè)想，之后美國能源部先后資助了 Grid Wise、Grid Works、MGI等智能電網(wǎng)研究計劃。2006年美國IBM公司與全球電力專業(yè)研究機(jī)構(gòu)、電力企業(yè)合作開發(fā)了“智能電網(wǎng)”解決方案[2]。這一方案被形象比喻為電力系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，電力公司可以通過使用傳感器、計量表、數(shù)字控件和分析工具，自動監(jiān)控電網(wǎng)，優(yōu)化電網(wǎng)性能、防止斷電、更快地恢復(fù)供電，消費者對電力使用的管理也可細(xì)化到每個聯(lián)網(wǎng)的裝置。這個可以看作智能電網(wǎng)最完整的一個解決方案，標(biāo)志著智能電網(wǎng)概念的正式誕生。

歐洲國家也在積極推動智能電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用工作。歐盟于2005年成立了“智能電網(wǎng)技術(shù)論壇”；以歐洲國家為基礎(chǔ)的國際供電會議組織(CIRED)于2008年召開了“智能電網(wǎng)”專題研討會。在智能電網(wǎng)建設(shè)方面，意大利電力公司投資21億歐元進(jìn)行智能讀表的電網(wǎng)改造，使其高峰負(fù)荷降低約5%，每年可節(jié)省投資近5億歐元；法國電力公司也以智能電網(wǎng)作為設(shè)計方針，改造其配電自動化系統(tǒng)。

我國對智能電網(wǎng)的研究與討論起步相對較晚,但在具體的智能電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用方面基本與世界先進(jìn)水平同步。而且我國電網(wǎng)的自動化水平起點較高，如地區(qū)級以上電網(wǎng)都實現(xiàn)了調(diào)度自動化，35 kV以上變電站基本都實現(xiàn)了變電站綜合自動化，有200多個地級城市建設(shè)了配電自動化。2009年中國能源專家武建東提出的“互動電網(wǎng)”是指在創(chuàng)建開放的系統(tǒng)和建立共享的信息模式的基礎(chǔ)上，以智能電網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過電子終端將用戶之間、用戶和電網(wǎng)公司之間形成網(wǎng)絡(luò)互動和即時連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取的實時、高速、雙向的總體效果，實現(xiàn)電力、電訊、電視、遠(yuǎn)程家電控制和電池集成充電等的多用途開發(fā)。國家電網(wǎng)公司提出的“建設(shè)堅強(qiáng)的智能化電網(wǎng)”，極大地推動著我國智能電網(wǎng)研究的發(fā)展。

3 智能電網(wǎng)的功能與特征

智能電網(wǎng)的功能和特征界定了它同傳統(tǒng)技術(shù)方案下電網(wǎng)的關(guān)鍵區(qū)別，同時也是其成為智能技術(shù)的內(nèi)涵所在。智能電網(wǎng)特征和功能可以總結(jié)為如下幾點[3]：

可靠自愈。自愈是智能電網(wǎng)最重要的特征，也是其可靠性的本質(zhì)要求。通俗講就是在電網(wǎng)發(fā)生大擾動和故障時，電網(wǎng)仍能保持對用戶的供電能力，而不發(fā)生大面積的停電事故。如在自然災(zāi)害和極端氣候條件下、或人為的外力破壞下仍能保證電網(wǎng)的安全運行。實質(zhì)上是要求智能電網(wǎng)通過在線自我評估以預(yù)測電網(wǎng)可能出現(xiàn)的問題在很少或不用人為干預(yù)的情況下將故障元件從系統(tǒng)中隔離出來使電網(wǎng)迅速恢復(fù)到正常運行狀態(tài)，有效保證電網(wǎng)安全可靠運行，實現(xiàn)幾乎不中斷對用戶的供電服務(wù)。

靈活互動。一方面，智能電網(wǎng)在保證電網(wǎng)穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上，能靈活支持可再生能源、分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的正確、合理接入。另一方面，電網(wǎng)系統(tǒng)運行與批發(fā)、零售電力市場實現(xiàn)無縫銜接，支持電力交易的有效開展，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，通過市場交易更好地激勵電力市場主體傳統(tǒng)的電力分配方式。如在智能電網(wǎng)上，用戶可以把暫時不用的電賣給其他需要電力的人，而供需都由電力資源市場決定。

優(yōu)質(zhì)高效。提供更加高品質(zhì)的電能，在數(shù)字化、高科技占主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)模式下電力用戶的電能質(zhì)量能夠得到有效保障，并且能夠真正實現(xiàn)電能質(zhì)量的差別定價。電網(wǎng)需要引入最先進(jìn)的IT和監(jiān)控技術(shù)優(yōu)化設(shè)備和資源的配置，提高系統(tǒng)設(shè)備傳輸容量和利用率，保證資產(chǎn)和設(shè)備優(yōu)化利用。

信息集成。智能電網(wǎng)的實現(xiàn)包括監(jiān)視、控制、維護(hù)、能量管理、配電管理、市場運營、ERP等和其他各類信息系統(tǒng)之間的綜合集成，并要求在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)業(yè)務(wù)集成。通過不斷的流程優(yōu)化，信息整合，實現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)管理、生產(chǎn)管理、調(diào)度自動化與電力市場管理業(yè)務(wù)的集成，形成全面的輔助決策支持體系，支撐企業(yè)管理的規(guī)范化和精細(xì)化，不斷提升電力企業(yè)的管理效率。支持電力市場和電力交易的有效開展實現(xiàn)資源的合理配置、降低電網(wǎng)損耗、提高能源利用效率。

4 小結(jié)

按照智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展所覆蓋的產(chǎn)業(yè)價值鏈環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵技術(shù)可劃分為智能用電、智能網(wǎng)絡(luò)、新能源發(fā)電與智能企業(yè)等四個方面。因此，智能電網(wǎng)技術(shù)的革新打開了電信、電網(wǎng)、電視網(wǎng)等整合的通道，為全球電力、電信產(chǎn)業(yè)、通信產(chǎn)業(yè)、電視媒體等改革提供了獨特的發(fā)展機(jī)遇。智能電網(wǎng)正在成為拉動世界經(jīng)濟(jì)的下一個引擎。根據(jù)我國智能電網(wǎng)規(guī)劃，到2011年，智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備研究和建設(shè)試點全面開展。智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展從規(guī)模上看，將是比“3G”更大的一個產(chǎn)業(yè)鏈，甚至其已被稱為第二個拉動內(nèi)需的“4萬億”，對我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展將起到重要作用。在全球資源逐漸稀缺的今天，新一代智能電網(wǎng)的出現(xiàn)甚至可能帶來一場新的令人欣喜的技術(shù)革命，它作為信息化與傳統(tǒng)工業(yè)化融合的嶄新產(chǎn)物，更好的為人類的幸福生活服務(wù)。

[1]謝開，劉永奇，等.面向未來的智能電網(wǎng)[J].中國電力，2008，41（6）：19－22.

[2]Constructing smart grid to renovate the operation and management of utilities[R].Beijing:IBM Global Enterprise Consulting Service,2006.

[3]徐丙垠，李天友，等.智能配電網(wǎng)講座[J].供用電，2009，26（3）：81－83.